Malzeme Biliminde Paradigma: "Daha küçük daha güçlüdür"
Günümüz teknolojik gelişme aşamasında, kolaylıkla işlenebilen en güçlü malzemeler, küçük çaplı lifler (< 200 μm) şeklinde üretilir. Yapısal elemanlarda liflerin kullanımı aşağıdaki sınırlamalara sahiptir:
Deliğe delme, Yüzey hasarı (aşınma, aşındırma ve kimyasal etki), Bükülme, Optimum yönlendirme. Bu sorunlar, liflerin sürekli bir matrise gömülmesiyle aşılır. Kompozit malzemeler, yüksek rijitlik ve dayanıklılığa sahip yeni liflerin üretimi ile paralel olarak geliştirildi. Kompozit malzemeleri kullanmanın ilk nedeni, liflerin olağanüstü mekanik özelliklerinden faydalanmaktır.
İkinci Neden, takviye elemanlarının (hem lifler hem de parçacıklar) dağılımının matris özelliklerini (seramiklerin dayanıklılığı, metal yüksek sıcaklık mekanik özellikleri, polimerlerin iletkenliği) geliştirebileceği ve yeni uygulamalara yol açabileceği gerçeğidir.
Üçüncü Neden, özelleştirilmiş özelliklere sahip malzemelerin tasarımıdır (örneğin, belirli rijitlik veya dayanıklılık) veya belirli uygulamalar için özelleştirilmiş çok fonksiyonlu özelliklere sahip malzemelerin tasarımı (manyetik olmayan mayın temizleyici gemilerin gövdeleri, sıfır CTE'ye sahip uydular için izostatik platformlar, biyouyumluluk sağlayan protezler, vb.).
Konsol
Çok Maksatlı Karbon-Fiber Askeri Konsol, DSSA konseptine (Differential Shock Shell Absorber) dayanmaktadır ve 80 kg toplam yük ağırlığına sahipken 22 kg yapı ağırlığı, diğer kalifiye modellere kıyasla %72 verimlilik anlamına gelir; bu değer en iyi %25'lik dilim içinde yer alır. Bu test, 901D MIL kalifikasyonlarına göre 90G - 9ms'de onaylanmıştır.
Tüm ana yapı ve yan paneller kompozit malzemelerden yapılmıştır (paneller için pultrüze cam elyafı ve karbon elyafı kullanılmıştır); bu tür parçalar özel bir yapıştırıcı bağlama sistemi ile bir arada tutulur. Bu yöntemin güvenliği, iyi kanıtlanmış bir üretim ve test prosedürüne uygun olarak uygulandığında, MFC'nin en üst düzey güvenlik standartlarına ulaşmasını sağlar.
Alüminyum bileşenler Anticorodal 6082'den yapılır ve yalnızca ikincil yapılar ile yükler arasındaki 3. katman arayüzü olarak kullanılır. Bu tür bir katmanın minimum kalınlığı 5 mm'dir. Tüm alüminyum bileşenler, son boyama ve koruma öncesi krom pasivasyonu (Surtec) ile işlenir.
Kullanılan çelik yalnızca AISI 316'dır ve minimum kalınlığı 5 mm'dir. Bu tür malzeme yalnızca belirli parçaları korumak ve bazı yardımcı bileşenler için arayüz plakası olarak kullanmak için tercih edilir.
Sandviç paneller, çoğunlukla karbon elyafından oluşan çok yönlü bir lamine sahip önceden emprenye edilmiş malzemelerden yapılmıştır. Epoksi reçine matrisi Yüksek Mukavemet ve Yüksek Darbe Dayanımına sahiptir. Kürleme döngüsünün yüksek sıcaklıkları aynı zamanda yüksek bir termal stabilite garantiler.
Kabinler
Elektronik Kabinet, en katı MIL standartlarına göre tasarlanmış olup, en az iki bileşenin birleşimiyle elde edilen son nesil kompozit malzemeler kullanılarak inşa edilir; bu bileşenler fiziksel özelliklere sahiptir ve çözülemezler.
Bu malzemeler lifler ve matris (epoksi reçine) olarak tanımlanır. Bu unsurların birleşimi, dış stresten kaynaklanan iç kuvvetlerin yayılmasını ve yeniden dağıtılmasını sağlayan sürekli bir katı malzeme oluşturur.
Epoxy reçine matrisine sürekli karbon liflerinin %50'sinin eklenmesi aynı boyutta bir yapı üretir. Kompozit malzemelerin elastik modülü 400 GPa'ya kadar ulaşabilir ki bu, çelik karşısında iki kat daha yüksek bir değerdir - kırılma dayanımı ise 4-5 kat daha fazladır.
Karbon Lifleri
Karbon lifleri, karbonun allotropik formlarından biri olan grafitin olağan dışı özelliklerine dayanmaktadır.
- C lifleri, grafik yapısından kaynaklanan büyük anizotropiye sahiptir. Lif yönünde çok güçlü ve rijitken, özellikler grafitten ne kadar bulunduğu ve bazal düzlemlerin liflere göre yönlendirilmesine bağlıdır. Bu durum çeşitli lif türlerine yol açar.
- C liflerinin dayanıklılığı hataların (katışıklıklar, boşluklar) varlığına bağlı olarak kontrol edilir.
- C lifleri iyi termal ve elektriksel iletkenliğe sahiptir ve lif yönünde negatif bir CTE’ye sahiptir.
- Yüksek Modül lifler, hatalara daha duyarlıdır ve daha düşük dayanıklılığa sahiptir. Lif boyunca daha yüksek iletkenlik ve daha düşük (daha negatif) CTE’ye sahiptir.
- C liflerinin enine özellikleri çok farklıdır: E≈20-40 GPa, CTE = 10-5ºC-1.
Çok güçlü C-C bağlarına dayalı alt düzlemli hegzagonal C yapıları (≈ 525 kJ/m2)
Alt düzlemler zayıf Van der Waals kuvvetleriyle bağlanır (< 10 kJ/m2), ABAB… yapısına yol açar
Sertlikte aşırı anizotropi (≈ 1000 GPa / ≈35 GPa) Grafen tabakalar boyunca yüksek termal ve elektriksel iletkenlik